BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.5. Pengerasan Kulit
2.5.2. Carburising
Adalah proses pengerasan permukaan baja dengan karbon lewat
pemanasan baja pada suhu antara 850 - 950 ºC.
Tujuan dari karburising adalah :
a. Menambah kandungan karbon serta meningkatkan ketahanan aus pada
permukaan logam.
b. Meningkatkan ketahanan terhadap pembebanan yang tiba-tiba.
c. Meningkatkan karakteristik dari logam.
Hal – hal yang patut dipertimbangkan dalam proses ini adalah proses karburasi karena menghasilkan kemungkinan deformasi yang relatif lebih kecil
dibandingkan dengan proses pengerasan yang diperoleh melalui penyepuhan
(quenching).
Proses karburasi adalah proses perlakuan thermokimia. Pada umumnya
diterapkan pada jenis baja yang tidak mudah dikeraskan. Dengan demikian agar
baja tersebut dapat dikeraskan permukaannya, perlu dilakukan perubahan
komposisi dari baja yang bersangkutan. Perubahan komposisi baja dengan jalan
melarutkan karbon pada permukaan baja. Dengan cara seperti itu, komposisi pada
permukaan baja akan berkisar antara 0,3– 0,9% C. Di atas 90% C harus dihindari karena dapat menimbulkan pengelupasan.
2.5.2.1 Difusi
Dalam hal ini faktor yang sangat penting dalam proses karburising
adalah difusi, sehingga yang berpengaruh adalah suhu dan waktu. Apabila suhu
karburasi makin tinggi, makin tebal pula lapisan karburasi karena kecepatan difusi
makin tinggi. Proses karburasi yang baik adalah yang menghasilkan gradien
komposisi dari luar ke dalam. Dengan adanya gradien komposisi, maka
pengelupasan dapat dicegah. Agar gradien komposisi dari karbon dapat diperoleh,
perlu dipertimbangkan suatu periode difusi dimana pada saat tersebut pemasokan
karbon sudah dihentikan, tetapi pada beberapa saat benda kerja masih tetap pada
temperatur karburasi untuk “menyempurnakan” difusi pada karbon.
Dari uraian terlihat bahwa tebal lapisan karburasi yang berarti jarak dari
permukaan logam ke suatu konsentrasi karbon tertentu sangat tergantung pada
suhu proses, konsentrasi karbon medium yang digunakan dan kadar karbon yang
18
2.5.2.2 Jenis Karburising
Dalam hal ini proses karburising hanya menggunakan :
Medium padat :
Proses karburising menggunakan medium padat disebut juga dengan
pack karburising.
Pada waktu pemanasan, oksigen dari udara bereaksi dengan karbon dari
medium membentuk karbon monoksida sesuai dengan persamaan kimia sebagai
berikut :
CO2 + C 2 CO
Pada saat suhu proses bertambah tinggi, kesetimbangan reaksi bergeser
ke sebelah kanan, sehingga kadar gas CO bertambah banyak pada permukaan
baja :
2 CO CO2 + C
Atom karbon yang dihasilkan dari reaksi di atas kemudian larut dalam
fasa austenit dan berdifusi. Sedangkan CO2 yang dihasilkan dari reaksi di atas
bereaksi kembali dengan karbon yang terdapat pada medium diikuti kembali
dengan penguraian CO pada permukaan logam dan seterusnya.
Tapi proses pembentukan gas CO2 dan CO seperti yang diuraikan di
atas, berlangsung sangat lambat. Untuk mengatasi hal tersebut, maka dalam
medium perlu ditambahkan katalisator. Katalisator yang dapat digunakan dalam
proses ini adalah : BaCo3, BaCl, BaO, CaO, K2CO3, Na2CO3, K2SO4, dan K4Fe
Dalam prakteknya, katalisator yang biasa digunakan adalah BaCO dan
K4Fe (CN)6. Sedangkan bahan mediumnya adalah arang kayu.
Komposisi arang kayu dengan katalisator yang utama adalah sebagai berikut :
- Arang kayu 75% berat
- Barium Karbonat 25% berat
- Kalium Ferosianid 5% berat
Pada suhu proses yang tinggi, katalisator berfungsi untuk membentuk /
mempercepat pembentukan gas CO seperti ditunjukkan pada reaksi berikut :
BaCO3 BaO + CO2
CO2 + C 2 CO
Gas CO yang terjadi kemudian larut ke dalam fasa austenit atau bereaksi
dengan Fe sebagai berikut :
3 Fe + 2 CO Fe3C + CO2
Gas CO yang terbentuk dari reaksi di atas kemudian bereaksi dengan BaO
dan membentuk BaCO3. Dengan demikian BaCO3 senantiasa ada selama proses,
sehingga reaksi-reaksi dapat berjalan terus.
Dalam mempersiapkan medium karburising, perlu diperhatikan hal-hal
sebagai berikut :
a. Medium harus memiliki daya hantar panas yang baik agar temperatur dapat
terdistribusi dengan baik dalam waktu yang singkat.
b. Perubahan volume (jika terjadi) harus sekecil mungkin, sehingga benda kerja
senantiasa diselaputi oleh medium selama proses berlangsung.
20
d. Harus kering.
e. Diameter medium (arang kayu) harus sesuai dengan bentuk dan ukuran benda
kerja. Pada umumnya ukuran butiran medium harus mampu “menutupi” permukaan benda kerja dengan sempurna. Umumnya ukuran butiran medium
berkisar antara 1,5 sampai 6 mm.
Pada pack karburising, benda kerja yang akan diproses diletakkan di
dalam kotak atau tabung sementasi. Kotak atau tabung sementasi karus memiliki
karakteristik sebagai berikut :
a. Harus rapat sehingga tidak memungkinkan adanya kebocoran dari gas yang
terbentuk.
b. Tahan pada suhu untuk waktu yang lama.
c. Memiliki sifat mekanik yang memadai sehingga tidak terjadi perubahan
bentuk pada saat mengalami pemanasan dalam waktu yang cukup lama.
d. Relatif ringan.
2.5.2.3 Proses Karburising Selektif
Dalam praktek, ada kalanya beberapa bagian dari benda kerja tidak
memerlukan pelapisan. Untuk itu, perlu direncanakan suatu lapisan yang dapat
mencegah berlangsungnya proses karburising.
Cara ini sangat cocok diterapkan pada proses karburasi dengan media
padat dan gas. Media cair biasanya digunakan sebagai lapisan untuk mencegah
media mudah rusak. Media yang umum digunakan sebagai bahan lapisan
pelindung adalah
2. Campuran natrium silikat dengan talk. Daya rekatnya baik dan mudah
dibersihkan setelah proses karburising berlangsung.
3. Pasta pelindung. Biasanya berupa campuran serbuk tembaga dengan jenis
vernis. Daya rekatnya baik, tetapi tidak cocok digunakan pada medium gas
dan cair.
4. Pelapisan tembaga dengan proses elektrolisa. Cara ini sangat baik, tetapi
memerlukan persiapan pelapisan yang cermat dan hasil pelapisan tembaga
harus bebas pori. Tebal lapisan tembaga tergantung pada lama proses
karburasi.
2.5.2.4 Tebal Lapisan Karburising
Tebal lapisan karbon yang terbentuk pada permukaan baja tergantung
pada lama pemanasan yang dilakukan dengan ketebal lapisan bervariasi dari 0,5– 2 mm dengan laju pelapisan 0,1 mm/jam. Karburising ini akan menaikan kadar
karbon pada lapisan permukaan baja sekitar 0,75– 1,2 %. Proses karburising tidak dapat dilakukan pada sembarang baja, tergantung pada kadar karbon yang terdapat
di dalam baja tersebut. Biasanya karburising ini dilakukan pada baja karbon
rendah.
Tebal lapisan karburising tergantung pada :
a. Fungsi benda kerja, yaitu dengan memperhitungkan besarnya tekanan yang
akan dialami, besarnya harga keausan yang diijinkan, dan bentuk benda kerja.
b. Jenis baja yang diproses, untuk tekanan yang sama, ukuran ketebalan lapisan
yang diperkeras dapat menjadi lebih kecil jika digunakan jenis baja yang